JP2004336915A - Magnetic circuit control device of double shaft multilayer motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド駆動ユニット等に適用される複軸多層モータの磁気回路制御装置の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ステータを挟んで同心円状にインナーロータとアウターロータとが配置される複軸多層モータのステータは、積層鋼板により構成されたステータティースにコイルを巻き付けた分割されたコイル付きステータティースが、モータ回転軸を中心とする円周上に等ピッチで配列されている(例えば、特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−169483号公報。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の複軸多層モータにあっては、1組の分割されたステータティースのコイルに複合電流を流すことにより、2組のインナーロータとアウターロータを自在に制御する。磁気回路は、2つのモータとして共用されるため、相互に影響を与える。その磁気回路は、片方が他方の磁気回路(漏れ磁束を含む)を積極的に利用しあう構造のため、双方のバランスを考えて設計する。この為、各々のモータについて理想化した形状に比べると、妥協した設計となるため、モータ/発電機としての性能が低下するおそれがある。
【0005】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、磁気回路を可変構造とし、運転状況に合わせた磁気回路とする制御を行うことで、モータ効率及びモータ性能を総合的に向上させることができる複軸多層モータの磁気回路制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、
ステータを挟んで同心円状にインナーロータとアウターロータとを配置し、前記ステータは、積層鋼板により構成されたステータティースにコイルを巻き付けた分割されたコイル付きステータティースが、モータ回転軸を中心とする円周上に等ピッチで配列されている複軸多層モータにおいて、
前記分割されたコイル付きステータティースのうち、隣接するステータティースのアウターロータ側隙間とインナーロータ側隙間の少なくとも一方の隙間を、運転状況に応じて制御する磁気回路制御手段を設けた。
【0007】
ここで、「磁気回路制御手段」とは、例えば、隣接するステータティースの隙間に配置され、ステータティースとの回転軸方向のオーバーラップ量を可変にすることでステータティースの漏れ磁束量を制御する摺動部材や、隣接するステータティースの隙間に配置され、隣接するステータティースと高透磁率部との位置関係を可変にすることでステータティースの漏れ磁束量を制御する回動部材や、隣接するステータティースの隙間に配置され、積層鋼板にロータ接線方向を軸としてバイパスコイルを巻いた電磁石や、隣接するステータティースの隙間に配置され、回動可能に設けられた永久磁石等を用い、隣接するステータティースの磁路を制御する手段をいう。
【0008】
【発明の効果】
よって、本発明の複軸多層モータの磁気回路制御装置にあっては、磁気回路を可変構造とし、磁気回路制御手段において、運転状況に合わせた磁気回路とする制御を行うことで、モータ効率及びモータ性能を総合的に向上させることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複軸多層モータの磁気回路制御装置を実現する実施の形態を、図面に示す第1実施例〜第4実施例に基づいて説明する。
【0010】
(第1実施例)
まず、構成を説明する。
【0011】
[ハイブリッド駆動ユニットの全体構成]
図1は第1実施例の複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図であり、図1において、Eはエンジン、Mは複軸多層モータ、Gはラビニョウ型複合遊星歯車列、Dは駆動出力機構、1はモータカバー、2はモータケース、3はギヤハウジング、4はフロントカバーである。
【0012】
前記エンジンEは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、エンジン出力軸5とラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2リングギヤR2とは、回転変動吸収ダンパー6及び多板クラッチ7を介して連結されている。
【0013】
前記複軸多層モータMは、外観的には1つのモータであるが2つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この複軸多層モータMは、前記モータケース2に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータSと、前記ステータSの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータIRと、前記ステータSの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータORと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータIRに固定の第1モータ中空軸8は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第1サンギヤS1に連結され、前記アウターロータORに固定の第2モータ軸9は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2サンギヤS2に連結されている。
【0014】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gは、二つのモータ回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有するハイブリッド変速機である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Gは、互いに噛み合う第1ピニオンP1と第2ピニオンP2を支持する共通キャリヤCと、第1ピニオンP1に噛み合う第1サンギヤS1と、第2ピニオンP2に噛み合う第2サンギヤS2と、第1ピニオンP1に噛み合う第1リングギヤR1と、第2ピニオンP2に噛み合う第2リングギヤR2との5つの回転要素を有して構成されている。前記第1リングギヤR1とギヤハウジング3との間には多板ブレーキ10が介装されている。前記共通キャリヤCには、出力ギヤ11が連結されている。
【0015】
前記駆動出力機構Dは、出力ギヤ11と、第1カウンターギヤ12と、第2カウンターギヤ13と、ドライブギヤ14と、ディファレンシャル15と、ドライブシャフト16L,16Rにより構成されている。そして、出力ギヤ11からの出力回転及び出力トルクは、第1カウンターギヤ12→第2カウンターギヤ13→ドライブギヤ14→ディファレンシャル15を経過し、ドライブシャフト16L,16Rから図外の駆動輪へ伝達される。
【0016】
すなわち、ハイブリッド駆動ユニットは、前記第2リングギヤR2とエンジン出力軸5を多板クラッチ7を介して連結し、前記第1サンギヤS1と第1モータ中空軸8とを連結し、前記第2サンギヤS2と第2モータ軸9とを連結し、前記共通キャリヤCに出力ギヤ11を連結することにより構成されている。
【0017】
[ハイブリッド変速機の構成]
図2はハイブリッド変速機を示す縦断面図である。図2において、2はモータケース、3はギヤハウジング、4はフロントカバーであり、これらに囲まれたギヤ室30内にラビニョウ型複合遊星歯車列G及び駆動出力機構Dが配置されている。
【0018】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2リングギヤR2には、回転変動吸収フライホイールダンパー6と変速機入力軸31とクラッチドラム32とを介し、多板クラッチ7の締結時にエンジンEからの回転駆動トルクが入力される。
【0019】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第1サンギヤS1には、第1モータ中空軸8がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータMのインナーロータIRから第1トルクと第1回転数が入力される。
【0020】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2サンギヤS2には、第2モータ軸9がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータMのアウターロータORから第2トルクと第2回転数が入力される。
【0021】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第1リングギヤR1と、ギヤハウジング3との間には多板ブレーキ10が設けられ、発進時等において多板ブレーキ10が締結された時には、第1リングギヤR1が停止する。
【0022】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの共通キャリヤCには、ステータシャフト48に対しベアリングを介して回転可能に支持された出力ギヤ11がスプライン結合されている。
【0023】
前記駆動出力機構Dは、前記出力ギヤ11と噛み合う第1カウンターギヤ12と、この第1カウンターギヤ12のシャフト部に設けられた第2カウンターギヤ13と、第2カウンターギヤ13と噛み合うドライブギヤ14とを有する。そして、第2カウンターギヤ13とドライブギヤ14の歯数比により、終減速比が決められる。
【0024】
前記多板クラッチ7のクラッチピストン33には、フロントカバー4に形成されたクラッチ圧油路34により締結圧が供給される。また、前記多板ブレーキ10のブレーキピストン35には、フロントカバー4に形成されたブレーキ圧油路36により締結圧が供給される。前記クラッチピストン33と前記ブレーキピストン35は、フロントカバー4の内側で、内周位置にクラッチピストン33が配置され、その外周位置にブレーキピストン35が配置される。
【0025】
また、前記変速機入力軸31には、軸心油路37が形成されていて、この軸心油路37には、フロントカバー4に形成された潤滑油路38を介して潤滑油が供給される。
【0026】
[複軸多層モータの構成]
図3は第1実施例の磁気回路制御装置が適用された複軸多層モータMを示す縦断側面図、図4は第1実施例の磁気回路制御装置が適用された複軸多層モータMを示す一部縦断正面図、図5は第1実施例のステータを背面側から視た図、図6は複軸多層モータMのステータコイルに印加される複合電流の一例を示す説明図である。図3において、1はモータカバー、2はモータケースであり、これらに囲まれたモータ室17内にインナーロータIRとステータSとアウターロータORとにより構成された複軸多層モータMが配置されている。
【0027】
前記インナーロータIRは、その内筒面が第1モータ中空軸8の段差軸端部に対して圧入(或いは焼きばめ)により固定されている。このインナーロータIRには、図4に示すように、ロータベース20に対し磁束形成を考慮した配置によるインナーロータマグネット21が軸方向に12本埋設されている。但し、2本が対となってV字配置されて同じ極性を示し、3極対としてある。
【0028】
前記ステータSは、鋼板によるステータプレート40を軸方向に積層したステータティース41と、該ステータティース41に巻き付けられたコイル42と、ステータSを軸方向に貫通する冷却用の冷媒路43と、インナー側ボルト・ナット44と、アウター側ボルト・ナット45と、樹脂モールド部46と、を有して構成されている。そして、ステータSの正面側端部が、正面側エンドプレート47とステータシャフト48とを介し、ボルト87によりモータケース2に対し固定されている。なお、図4において、17はアウターロータ側摺動部材、18はインナーロータ側摺動部材である。
【0029】
前記コイル42は、コイル数が18で、図5に示すように、6相コイルを3回繰り返しながら円周上に配置される。そして、前記6相コイル42に対しては、図外のインバータから給電接続端子50とバスバー径方向積層体51と給電コネクタ52とバスバー軸方向積層体53を介し、例えば、図6に示すような複合電流が印加される。この複合電流は、アウターロータORとインナーロータIRを駆動させるための3相交流と6相交流を複合させたものである。
【0030】
前記アウターロータORは、その外筒面がアウターロータケース62に対してロー付け、或いは、接着により固定されている。そして、アウターロータケース62の正面側には正面側連結ケース63が固定され、背面側には背面側連結ケース64が固定されている。そして、この背面側連結ケース64に第2モータ軸9がスプライン結合されている。このアウターロータORには、図3に示すように、ロータベース60に対し磁束形成を考慮した配置によるアウターロータマグネット61が、両端位置に空間を介して軸方向に12本埋設されている。このアウターロータマグネット61は、インナーロータマグネット21と異なり、1本づつ極性が違い、6極対をなしている。
【0031】
図3において、80,81はアウターロータ6をモータケース2及びモータカバー1に支持する一対のアウターロータ支持ベアリングである。82はインナーロータIRをモータケース2に支持するインナーロータ支持ベアリング、83はアウターロータORに対しステータSを支持するステータ支持ベアリング、84は第1モータ中空軸8と第2モータ軸9との間に介装される中間ベアリングである。また、図3において、85はインナーロータIRの回転位置を検出するインナーロータレゾルバ、86はアウターロータORの回転位置を検出するアウターロータレゾルバである。
【0032】
[磁気回路制御装置]
図7は第1実施例の磁気回路制御装置を示す制御システム図、図8は第1実施例の磁気回路制御装置のステータティースと摺動部材との位置関係による漏れ磁束の流れを示す図7のA部拡大図、図9は第1実施例の磁気回路制御装置の摺動部材を駆動するケーブル機構及びアクチュエータを示す図、図10は第1実施例の磁気回路制御装置のステータティースと摺動部材の例1を示す図、図11は第1実施例の磁気回路制御装置のステータティースと摺動部材の例2を示す図である。
【0033】
前記ステータSを挟んで同心円状にインナーロータIRとアウターロータORとを配置し、前記ステータSは、積層鋼板により構成されたステータティース41にコイル42を巻き付けた分割されたコイル42付きステータティース41が、モータ回転軸を中心とする円周上に等ピッチで配列されている複軸多層モータMにおいて、図7に示すように、前記分割されたコイル42付きステータティース41のうち、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間とインナーロータ側隙間隙間を、運転状況に応じて制御する磁気回路制御手段を設けている。
【0034】
前記磁気回路制御手段は、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間位置に配置され、アウターロータ側アクチュエータ19により駆動されるアウターロータ側摺動部材17(アウターロータ側可動部)と、隣接するステータティース41,41のインナーロータ側隙間位置に配置され、インナーロータ側アクチュエータ20により駆動されるインナーロータ側摺動部材18(インナーロータ側可動部)と、前記アウターロータ側摺動部材17とインナーロータ側摺動部材18のステータティース41に対する漏れ磁束量の制御指令を前記アウターロータ側アクチュエータ19とインナーロータ側アクチュエータ20に出力するモータコントローラ21(磁気回路制御部)と、を有して構成されている。
【0035】
前記アウターロータ側摺動部材17は、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間に回転軸方向に摺動可能に配置され、積層鋼板等による高透磁材により構成されている。
【0036】
前記インナーロータ側摺動部材18は、隣接するステータティース41,41のインナーロータ側隙間に回転軸方向に摺動可能に配置され、積層鋼板等による高透磁材により構成されている。
【0037】
前記モータコントローラ21は、ハイブリッドコントローラ22と情報交換され、入力情報等に基づいて、前記摺動部材17,18とステータティース41,41との回転軸方向のオーバーラップ量を可変にすることでステータティース41,41の漏れ磁束量を制御する。
すなわち、図8(a)に示すように、摺動部材17,18とステータティース41,41とのオーバーラップ量を大きくすることで漏れ磁束量を増加し、逆に、図8(b)に示すように、摺動部材17,18とステータティース41,41とのオーバーラップ量を小さくすることで漏れ磁束量を減少する。
【0038】
前記アウターロータ側アクチュエータ19とインナーロータ側アクチュエータ20は、図9に示すように、摺動ガイド23に沿って回転軸方向に直動する両摺動部材17,18に一端が固定された操作ケーブル24の他端位置に設けられ、油圧やモータやソレノイドにより両摺動部材17,18の駆動を実現する。
【0039】
前記アウターロータ側摺動部材17とインナーロータ側摺動部材18は、図10及び図11に示すように、ステータティース41,41に対して溝嵌合構造にすると共に、ステータティース41,41との接触位置に摺動抵抗を低減する摺動接触部25を介在させている。
【0040】
前記摺動接触部25は、樹脂等による絶縁性・低透磁率材料を用いるもので、図10に示すように、ステータティース41,41の嵌合溝部側に摺動接触部25を設けても良いし、また、図11に示すように、摺動部材17,18の外周を被覆するように摺動接触部25を設けても良い。
【0041】
次に、作用を説明する。
【0042】
[複軸多層モータの基本機能]
2ロータ・1ステータで、アウターロータ磁力線とインナーロータ磁力線との2つの磁力線が作られる複軸多層モータMを採用したことで、コイル42及び図外のコイルインバータを2つのインナーロータIRとアウターロータORに対し共用できる。そして、インナーロータIRに対する3相交流による電流とアウターロータORに対する6相交流による電流を重ね合わせた複合電流を、1つのコイル42に印加することにより、2つのロータIR,ORをそれぞれ独立に制御することができる。
【0043】
よって、外観的には、1つの複軸多層モータMであるが、モータ機能とジェネレータ機能の異種または同種の機能を組み合わせものとして使え、例えば、ロータとステータを持つモータと、ロータとステータを持つジェネレータの2つのものを設ける場合に比べて大幅にコンパクトになり、スペース・コスト・重量の面で有利であると共に、コイル共用化により電流による損失(銅損,スイッチングロス)を防止することができる。
【0044】
また、複合電流制御のみで(モータ+ジェネレータ)の使い方に限らず、(モータ+モータ)や(ジェネレータ+ジェネレータ)の使い方も可能であるというように、高い選択自由度を持ち、例えば、第1実施例のように、ハイブリッド車の駆動源に採用した場合、これら多数の選択肢の中から車両状態に応じて最も効果的或いは効率的な組み合わせを選択することができる。
【0045】
[磁気回路制御作用]
まず、図12に示すように、アウターロータORを駆動する磁束は、インナーロータIR側のステータティース41,41の隙間(漏れ磁路)を通る磁束を前提にして設計される。一方、インナーロータIRを駆動する磁束は、アウターロータOR側のステータティース41,41の隙間(漏れ磁路)を通る磁束を前提にして設計される。
【0046】
そこで、前記モータコントローラ21は、図13の▲1▼〜▲4▼に示すように、インナーロータIRとアウターローORのうち、トルク(例えば、モータ駆動電流により推定)または入出力の大きなロータに対応する摺動部材17,18を漏れ磁束を止める側に制御し、トルクまたは入出力の小さいロータに対応する可動部を漏れ磁束を流す側に制御する。
【0047】
よって、トルク、入出力の大きな方のロータを優先して磁気回路を制御することになり、もう一方のロータの漏れ磁束が増えて効率が低下したとしても、全体的には高効率運転域を拡大することになり、モータ特性を改善する。
【0048】
また、前記モータコントローラ21は、図13の▲5▼,▲6▼に示すように、モータの通常運転域では、アウター側摺動部材17とインナー側摺動部材18とを漏れ磁束を止める側とし、モータ空転域では、アウター側摺動部材17とインナー側摺動部材18とを漏れ磁束を流す側とする。
【0049】
よって、通常運転域では、インナーロータIRとアウターローORのうち一方を優先することなく、いずれも漏れ磁束を少なくして、インナーロータIR側のモータ効率とアウターロータOR側のモータ効率として設計による設定値を確保する。
【0050】
また、モータ空転域では、インナーロータIRとアウターローORのうち一方を優先することなく、いずれも漏れ磁束を多くして、インナーロータIR側のジェネレータ効率とアウターロータOR側のジェネレータ効率を高くする。
【0051】
次に、効果を説明する。
第1実施例の複軸多層モータの磁気回路制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【0052】
(1) ステータSを挟んで同心円状にインナーロータIRとアウターロータORとを配置し、前記ステータSは、積層鋼板により構成されたステータティース41にコイル42を巻き付けた分割されたコイル42付きステータティース41が、モータ回転軸を中心とする円周上に等ピッチで配列されている複軸多層モータMにおいて、前記分割されたコイル42付きステータティース41のうち、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間とインナーロータ側隙間を、運転状況に応じて制御する磁気回路制御手段を設けたため、運転状況に合わせた磁気回路とする制御を行うことで、モータ効率及びモータ性能を総合的に向上させることができる。
【0053】
(2) 前記磁気回路制御手段は、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間位置に配置され、アウターロータ側アクチュエータ19により駆動されるアウターロータ側可動部と、隣接するステータティース41,41のインナーロータ側隙間位置に配置され、インナーロータ側アクチュエータ20により駆動されるインナーロータ側可動部と、前記アウターロータ側可動部とインナーロータ側可動部のステータティース41,41に対する漏れ磁束量の制御指令を前記アウターロータ側アクチュエータ19とインナーロータ側アクチュエータ20に出力するモータコントローラ21と、を有するため、アウターロータ側可動部とインナーロータ側可動部とを駆動制御することで、容易に磁気回路の可変制御を行うことができる。
【0054】
(3) 前記モータコントローラ21は、インナーロータIRとアウターロータORのうち、トルクまたは入出力の大きなロータに対応する可動部を漏れ磁束を止める側に制御し、トルクまたは入出力の小さいロータに対応する可動部を漏れ磁束を流す側に制御するため、トルクや入出力の大きな方のロータを優先する磁気回路の変更制御により、全体的に高効率運転域を拡大し、モータ特性を改善することができる。
【0055】
(4) 前記モータコントローラ21は、モータの通常運転域では、アウター側可動部とインナー側可動部とを漏れ磁束を止める側とし、モータ空転域では、アウター側可動部とインナー側可動部とを漏れ磁束を流す側とするため、通常運転域での2つのモータ効率の確保と、空転域でのジェネレータ効率の向上を図ることができる。
【0056】
(5) 前記アウターロータ側可動部は、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間に回転軸方向に摺動可能に配置され、高透磁材によるアウターロータ側摺動部材17であり、前記インナーロータ側可動部は、隣接するステータティース41,41のインナーロータ側隙間に回転軸方向に摺動可能に配置され、高透磁材によるインナーロータ側摺動部材18であるため、摺動部材17,18とステータティース41,41との回転軸方向のオーバーラップ量を可変にすることでステータティース41,41の漏れ磁束量を制御することができる。
【0057】
(6) 前記アウターロータ側摺動部材17とインナーロータ側摺動部材18は、ステータティース41,41に対して溝嵌合構造にすると共に、ステータティース41,41との接触位置に摺動抵抗を低減する摺動接触部25を介在させたため、摺動方向以外の動きを制限して電磁力による径方向の吸引反発力を支えることができると共に、摺動部材17,18とステータティース41,41との接触による鉄損発生の防止と摺動抵抗の低減を図ることができる。
【0058】
(第2実施例)
この第2実施例は、アウターロータ側可動部及びインナーロータ側可動部として、アウターロータ側回動部材及びインナーロータ側回動部材を適用した例である。
【0059】
図14は第2実施例の磁気回路制御装置を示す制御システム図、図15は第2実施例の磁気回路制御装置のステータティースと高透磁率部との位置関係による漏れ磁束の流れを示す図14のB部拡大図、図16は第2実施例の磁気回路制御装置の回動部材を駆動するリンク機構及びアクチュエータを示す図、図17は第2実施例の磁気回路制御装置の1つの回動部材の動作作用説明図、図18は第2実施例の磁気回路制御装置の回動部材の連動動作作用説明図、図19は第2実施例の磁気回路制御装置の回動部材の例1を示す図、図20は第2実施例の磁気回路制御装置の回動部材の例2を示す図である。
【0060】
第2実施例の磁気回路制御手段は、図14に示すように、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間位置に配置され、アウターロータ側アクチュエータ19により駆動されるアウターロータ側回動部材27(アウターロータ側可動部)と、隣接するステータティース41,41のインナーロータ側隙間位置に配置され、インナーロータ側アクチュエータ20により駆動されるインナーロータ側回動部材28(インナーロータ側可動部)と、前記アウターロータ側回動部材27とインナーロータ側回動部材28のステータティース41に対する漏れ磁束量の制御指令を前記アウターロータ側アクチュエータ19とインナーロータ側アクチュエータ20に出力するモータコントローラ21(磁気回路制御部)と、を有して構成されている。
【0061】
前記アウターロータ側回動部材27は、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間に回転軸周りに回動可能に配置され、両側の空隙部27a,27aにより挟まれた高透磁率部27bを径方向に有する。
【0062】
前記インナーロータ側回動部材28は、隣接するステータティース41,41のインナーロータ側隙間に回転軸周りに回動可能に配置され、両側の空隙部28a,28aにより挟まれた高透磁率部28bを径方向に有する。
【0063】
前記モータコントローラ21は、回動部材27,28の高透磁率部27b,28bと隣接するステータティース41,41との位置関係を可変にすることでステータティース41,41の漏れ磁束量を制御する。
すなわち、図15(a)に示すように、回動部材27,28の高透磁率部27b,28bと隣接するステータティース41,41との位置関係を平行配置とすることで漏れ磁束が通りにくいようにし、逆に、図15(b)に示すように、回動部材27,28の高透磁率部27b,28bと隣接するステータティース41,41との位置関係を直交配置とすることで漏れ磁束が通りやすいようにしている。
【0064】
前記両回動部材27,28の駆動構造について、図16〜図18により説明する。回動部材駆動構造は、図16に示すように、両回動部材27,28の端部にモータ回転軸方向に突出されたガイドピン54と、該ガイドピン54が嵌装されるピン穴55aを有する可動スライダプレート55と、該可動スライダプレート55のギア部55bに噛み合う駆動ギア56と、該駆動ギア55が設けられている電動モータによるアクチュエータ19,20により構成されている。
【0065】
前記両回動部材27,28の回動動作は、図17に示すように、可動スライダプレート55を所定のストローク幅移動させると、高透磁率部27b,28bとステータティース41,41との位置関係を、平行配置と直交配置とで変更することができる。
【0066】
前記両回動部材27,28の連動動作は、図18に示すように、可動スライダプレート55を回動部材27,28に沿って環状に配置し、この環状の可動スライダプレート55を駆動ギア55を有するそれぞれ1つのアクチュエータ19,20により駆動させることで、図18(a)に示すように、高透磁率部27b,28bとステータティース41,41との位置関係が平行配置の状態と、図18(b)に示すように、高透磁率部27b,28bとステータティース41,41との位置関係が直交配置の状態とを、複数の回動部材27,28に対し同時に変更することができる。
【0067】
前記アウターロータ側回動部材27とインナーロータ側回動部材28は、図19及び図20に示すように、両側の樹脂等による空隙部27a,28aと、積層したケイ素鋼板等による高透磁率部27b,28bとを凹凸嵌合構造にすると共に、ステータティース41,41との接触位置に回動抵抗を低減する樹脂等による回動接触部27c,28cを介在させて構成している。なお、図19(a)及び図20は回動接触部27c,28cを取り除いた状態を示している。なお、他の構成は第1実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【0068】
作用については、第2実施例での高透磁率部27b,28bとステータティース41,41との位置関係が平行配置の状態が、第1実施例の摺動部材17,18とステータティース41,41とのオーバラップが小さい状態に対応し、第2実施例での高透磁率部27b,28bとステータティース41,41との位置関係が直交配置の状態が、第1実施例の摺動部材17,18とステータティース41,41とのオーバラップが大きい状態に対応する。なお、他の作用については、第1実施例と同様であるので説明を省略する。
【0069】
次に、効果を説明する。
第2実施例の複軸多層モータの磁気回路制御装置にあっては、第1実施例の(1),(2),(3),(4)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【0070】
(7) 前記アウターロータ側可動部は、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間に回転軸周りに回動可能に配置され、両側の空隙部27a,27aにより挟まれた高透磁率部27bを径方向に有するアウターロータ側回動部材27であり、前記インナーロータ側可動部は、隣接するステータティース41,41のインナーロータ側隙間に回転軸周りに回動可能に配置され、両側の空隙部28a,28aにより挟まれた高透磁率部28bを径方向に有するンナーロータ側回動部材28であるため、回動部材27,28の高透磁率部27b,28bと隣接するステータティース41,41との位置関係を可変にすることでステータティース41,41の漏れ磁束量を制御することができる。
【0071】
(8) 前記アウターロータ側回動部材27とインナーロータ側回動部材28は、両側の空隙部27a,28aと高透磁率部27b,28bとを凹凸嵌合構造にすると共に、ステータティース41,41との接触位置に回動抵抗を低減する回動接触部27c,28cを介在させたため、空隙部27a,28aと高透磁率部27b,28bとの一体固定性を高めることができると共に、摺動部材17,18とステータティース41,41との接触による鉄損発生の防止と摺動抵抗の低減を図ることができる。
【0072】
(第3実施例)
この第3実施例は、第1,第2実施例のアウターロータ側可動部及びインナーロータ側可動部に代え、隣接するステータティースの隙間に電磁石(補助磁極)を配置した例である。
【0073】
図21は第3実施例の磁気回路制御装置を示す図、図22は第3実施例の磁気回路制御系を示すブロック図である。
【0074】
第3実施例の磁気回路制御手段は、図21に示すように、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間位置に配置され、ステータティース41,41の内外周部付近に発生する漏れ磁束を誘導するアウターロータ側電磁石57(アウターロータ側補助磁極)と、隣接するステータティース41,41のインナーロータ側隙間位置に配置され、ステータティース41,41の内外周部付近に発生する漏れ磁束を誘導するインナーロータ側電磁石58(インナーロータ側補助磁極)と、前記アウターロータ側電磁石57とインナーロータ側電磁石58に対し磁束の流れを制御するモータコントローラ21(磁気回路制御手段)と、を有して構成される。
【0075】
前記両電磁石57,58は、積層鋼板にロータ接線方向を軸としてバイパスコイルを巻いたものであり、前記モータコントローラ21は、バイパスコイル駆動回路59a,59bを介して、電磁石57,58のバイパスコイルに交流電流を流すか流さないか、また、バイパスコイルへの交流電流印加方向により磁束の制御を行う。
【0076】
前記モータコントローラ21は、図22に示すように、インナートルクがアウタートルクより大きいとき、アウターロータ側電磁石57に対し、入出力の関係に応じて決めた方向にバイパスコイル電流を流す制御をし、アウタートルクがインナートルクより大きいとき、インナーロータ側電磁石58に対し、入出力の関係に応じて決めた方向にバイパスコイルを介して磁束を流す制御をし、アウタートルクとインナートルクとが同じであるとき、両電磁石57,58を介しての磁束を止める制御を行う。
【0077】
ここで、図22において+の符号は、図21(b)に示すように、正面からみたアウターロータ側電磁石57側では左から右に磁束の流れが形成され、また、正面からみたインナーロータ側電磁石58側では右から左に磁束の流れが形成され、図22において−の符号は、その逆の磁束の流れとなる。なお、他の構成は第1実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【0078】
次に、作用について説明する。
【0079】
[磁気回路制御作用]
図23は第3実施例の磁気回路制御装置での磁気回路制御作動の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【0080】
ステップ23aでは、インナー電流指令値を読み込み、次のステップ23bでは、インナートルクを推定する。同様に、ステップ23cでは、アウター電流指令値を読み込み、次のステップ23dでは、アウタートルクを推定する。
【0081】
ステップ23bとステップ23dにより、アウタートルクとインナートルクが求められると、次のステップ23eでは、インナートルクとアウタートルクの差がとられる。
【0082】
ステップ23eの比較において、インナートルク>アウタートルクの場合は、ステップ23fからステップ23gへ進み、ステップ23gでは、アウターロータ側電磁石57のバイパスコイルに交流電流が流される。
【0083】
ステップ23eの比較において、インナートルク<アウタートルクの場合は、ステップ23hからステップ23iへ進み、ステップ23iでは、インナーロータ側電磁石58のバイパスコイルに交流電流が流される。
【0084】
ステップ23eの比較において、インナートルク=アウタートルクの場合は、ステップ23jからステップ23kへ進み、ステップ23kでは、両電磁石57,58のバイパスコイルに交流電流を流さない。
【0085】
図24は第3実施例の磁気回路制御装置で磁気回路制御による磁束の流れを示す説明図である。インナートルク>アウタートルクの場合は、図23のフローチャートにおいて、ステップ23e→ステップ23f→ステップ23gへと進む流れとなり、ステップ23gでは、アウターロータ側電磁石57のバイパスコイルに交流電流が流される。よって、インナーロータIRが一方向に回転する時は、図24(1)に示すように、インナーロータIRを駆動する環状の磁束が形成され、インナーロータIRが他方向に回転する時は、図24(2)に示すように、インナーロータIRを駆動する環状の磁束が形成され、インナートルクがアウタートルクより大きい場合のモータ効率を高める。
【0086】
インナートルク<アウタートルクの場合は、図23のフローチャートにおいて、ステップ23e→ステップ23h→ステップ23iへと進む流れとなり、ステップ23iでは、インナーロータ側電磁石58のバイパスコイルに交流電流が流される。よって、アウターロータORが一方向に回転する時は、図24(3)に示すように、アウターロータORを駆動する環状の磁束が形成され、アウターロータORが他方向に回転する時は、図24(4)に示すように、アウターロータORを駆動する環状の磁束が形成され、アウタートルクがインナートルクより大きい場合のモータ効率を高める。
【0087】
インナートルク=アウタートルクの場合は、図23のフローチャートにおいて、ステップ23e→ステップ23j→ステップ23kへと進む流れとなり、ステップ23kでは、両電磁石57,58のバイパスコイルに交流電流が流されない。よって、インナーロータIRとアウターロータORが回転する時、妥協的であるが共に設計時のモータ効率が確保される。なお、他の作用については、第1実施例と同様であるので説明を省略する。
【0088】
次に、効果を説明する。
第3実施例の複軸多層モータの磁気回路制御装置にあっては、第1実施例の(1)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【0089】
(9) 前記磁気回路制御手段は、隣接するステータティース41,41のアウターロータ側隙間位置に配置され、ステータティース41,41の内外周部付近に発生する漏れ磁束を誘導するアウターロータ側補助磁極と、隣接するステータティース41,41のインナーロータ側隙間位置に配置され、ステータティース41,41の内外周部付近に発生する漏れ磁束を誘導するインナーロータ側補助磁極と、前記アウターロータ側補助磁極とインナーロータ側補助磁極に対し磁束の流れを制御するモータコントローラ21と、を有するため、アウターロータ側補助磁極とインナーロータ側補助磁極とを制御することで、容易に磁気回路の可変制御を行うことができる。
【0090】
(10) 前記磁気回路制御手段は、インナートルクがアウタートルクより大きいとき、アウターロータ側補助磁極を介して磁束を流す制御をし、アウタートルクがインナートルクより大きいとき、インナーロータ側補助磁極を介して磁束を流す制御をし、アウタートルクとインナートルクとが同じであるとき、両補助磁極を介しての磁束を止める制御を行うため、トルクが大きな方のロータを優先する磁気回路の変更制御により、全体的に高効率運転域を拡大し、モータ特性を改善することができる。
【0091】
(11) 前記アウターロータ側補助磁極とインナーロータ側補助磁極は、積層鋼板にロータ接線方向を軸としてバイパスコイルを巻いたアウターロータ側電磁石57とインナーロータ側電磁石58としたため、第1実施例や第2実施例のようにアクチュエータを用いることなく、両電磁石57,58のバイパスコイルに交流電流を流すか流さないかにより容易に磁束の制御を行うことができる。
【0092】
(第4実施例)
この第4実施例は、基本的には第3実施例と同様であるが、アウターロータ側永久磁石77とインナーロータ側永久磁石78を用いた例である。
【0093】
すなわち、図25に示すように、隣接するステータティース41,41との間に、アウターロータ側永久磁石77(アウターロータ側補助磁極)とインナーロータ側永久磁石78(インナーロータ側補助磁極)を配置している。このアウターロータ側永久磁石77とインナーロータ側永久石78とは、例えば、第2実施例で示したような回動機構により駆動される。なお、他の構成は第3実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。また、作用については、第2実施例と同様であるので、説明を省略する。
【0094】
次に、効果を説明する。
第4実施例の複軸多層モータの磁気回路制御装置にあっては、第3実施例の(9),(10)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【0095】
(12) 前記アウターロータ側補助磁極とインナーロータ側補助磁極は、回動可能に設けられたアウターロータ側永久磁石77とインナーロータ側永久磁石78であるため、永久磁石77,78を回動させることにより容易に磁束の制御を行うことができる。
【0096】
以上、本発明の複軸多層モータの磁気回路制御装置を第1実施例〜第4実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【0097】
例えば、第1実施例では、ハイブリッド駆動ユニットに適用される複軸多層モータの例を示したが、単独で設置される複軸多層モータや他のシステムに適用される複軸多層モータに対しても本発明の磁気回路制御装置を採用することができる。
【0098】
第1実施例〜第4実施例では、隣接するステータティースのアウターロータ側隙間とインナーロータ側隙間を、運転状況に応じて制御する磁気回路制御手段の例を示したが、隣接するステータティースのアウターロータ側隙間とインナーロータ側隙間のうち、一方のみの隙間を制御するものとしても良い。また、磁気回路制御手段としては、分割されたステータティースの磁束の流れを変更するように制御するものであれば、第1実施例〜第4実施例に示した手段以外の手段を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の磁気回路制御装置を有する複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットを示す概略全体図である。
【図2】第1実施例の複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットのハイブリッド変速機を示す縦断側面図である。
【図3】第1実施例の磁気回路制御装置が適用された複軸多層モータMを示す縦断側面図である。
【図4】第1実施例の磁気回路制御装置が適用された複軸多層モータMを示す一部縦断正面図である。
【図5】第1実施例の磁気回路制御装置が適用された複軸多層モータMをステータの背面側から視た図である。
【図6】複軸多層モータのステータコイルに印加される複合電流の一例を示す説明図である。
【図7】第1実施例の磁気回路制御装置を示す制御システム図である。
【図8】第1実施例の磁気回路制御装置のステータティースと摺動部材との位置関係による漏れ磁束の流れを示す図7のA部拡大図である。
【図9】第1実施例の磁気回路制御装置の摺動部材を駆動するケーブル機構及びアクチュエータを示す図である。
【図10】第1実施例の磁気回路制御装置のステータティースと摺動部材の例1を示す図である。
【図11】第1実施例の磁気回路制御装置のステータティースと摺動部材の例2を示す図である。
【図12】漏れ磁路を前提とする設計段階でのアウターロータを駆動する磁束とインナーロータを駆動する磁束を示す図である。
【図13】第1実施例の磁気回路制御装置において運転条件に対する可動部制御則を示す図である。
【図14】第2実施例の磁気回路制御装置を示す制御システム図である。
【図15】第2実施例の磁気回路制御装置のステータティースと高透磁率部との位置関係による漏れ磁束の流れを示す図14のB部拡大図である。
【図16】第2実施例の磁気回路制御装置の回動部材を駆動するリンク機構及びアクチュエータを示す図である。
【図17】第2実施例の磁気回路制御装置の1つの回動部材の動作作用説明図である。
【図18】第2実施例の磁気回路制御装置の回動部材の連動動作作用説明図である。
【図19】第2実施例の磁気回路制御装置の回動部材の例1を示す図である。
【図20】第2実施例の磁気回路制御装置の回動部材の例2を示す図である。
【図21】第3実施例の磁気回路制御装置を示す図である。
【図22】第3実施例の磁気回路制御系を示すブロック図である。
【図23】第3実施例の磁気回路制御装置での磁気回路制御作動の流れを示すフローチャートである。
【図24】第3実施例の磁気回路制御装置で磁気回路制御による磁束の流れを示す説明図である。
【図25】第4実施例の磁気回路制御装置を示す図である。
【符号の説明】
M 複軸多層モータ
S ステータ
IR インナーロータ
OR アウターロータ
41 ステータティース
42 コイル
17 アウターロータ側摺動部材(アウターロータ側可動部)
18 インナーロータ側摺動部材(インナーロータ側可動部)
19 アウターロータ側アクチュエータ
20 インナーロータ側アクチュエータ
21 モータコントローラ(磁気回路制御部)
22 ハイブリッドコントローラ
23 摺動ガイド
24 操作ケーブル
25 摺動接触部
27 アウターロータ側回動部材(アウターロータ側可動部)
27a 空隙部
27b 高透磁率部
27c 回動接触部
28 インナーロータ側回動部材(インナーロータ側可動部)
28a 空隙部
28b 高透磁率部
28c 回動接触部
57 アウターロータ側電磁石(アウターロータ側補助磁極)
58 インナーロータ側電磁石(インナーロータ側補助磁極)
77 アウターロータ側永久磁石(アウターロータ側補助磁極)
78 インナーロータ側永久磁石(インナーロータ側補助磁極)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor applied to a hybrid drive unit or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a stator of a multi-axis multi-layer motor in which an inner rotor and an outer rotor are arranged concentrically with a stator interposed therebetween has a structure in which a divided stator tooth having a coil wound around a stator tooth formed of laminated steel sheets is a motor. They are arranged at equal pitches on a circumference around the rotation axis (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-169483.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a conventional multi-axis multilayer motor, two sets of inner rotors and outer rotors are freely controlled by applying a composite current to one set of stator teeth coils. Since the magnetic circuit is shared as two motors, they affect each other. The magnetic circuit is designed in consideration of a balance between the two, because one of the magnetic circuits has a structure in which the other magnetic circuit (including the leakage flux) is actively used. For this reason, compared to the idealized shape for each motor, the design is compromised, and the performance as a motor / generator may be reduced.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problem. By controlling the magnetic circuit to have a variable structure and a magnetic circuit in accordance with an operating condition, it is possible to improve motor efficiency and motor performance comprehensively. An object of the present invention is to provide a magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor that can be used.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention,
The inner rotor and the outer rotor are arranged concentrically with the stator interposed therebetween, and the stator has a coiled stator tooth obtained by winding a coil around a stator tooth formed of a laminated steel sheet, with the motor rotating shaft as a center. In a multi-axis multi-layer motor arranged at equal pitch on the circumference,
Magnetic circuit control means for controlling at least one of the outer rotor-side gap and the inner rotor-side gap of the adjacent stator teeth among the divided stator teeth with coils is provided in accordance with an operating condition.
[0007]
Here, the “magnetic circuit control means” is disposed, for example, in a gap between adjacent stator teeth, and controls the amount of leakage magnetic flux of the stator teeth by making the amount of overlap with the stator teeth in the rotation axis direction variable. A sliding member or a rotating member that is arranged in a gap between adjacent stator teeth and controls the amount of leakage magnetic flux of the stator teeth by making the positional relationship between the adjacent stator teeth and the high magnetic permeability portion variable, An electromagnet, which is disposed in a gap between stator teeth and has a bypass coil wound around a laminated steel plate with a rotor tangential direction as an axis, or a permanent magnet, which is disposed in a gap between adjacent stator teeth and is rotatably provided, and is adjacent to each other Means for controlling the magnetic path of the stator teeth.
[0008]
【The invention's effect】
Therefore, in the magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor of the present invention, the magnetic circuit has a variable structure, and the magnetic circuit control means controls the magnetic circuit in accordance with the driving situation, thereby improving the motor efficiency and motor efficiency. Motor performance can be improved comprehensively.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments for realizing a magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor of the present invention will be described based on first to fourth examples shown in the drawings.
[0010]
(First embodiment)
First, the configuration will be described.
[0011]
[Overall configuration of hybrid drive unit]
FIG. 1 is an overall view of a hybrid drive unit to which the multi-shaft multi-layer motor of the first embodiment is applied. In FIG. 1, E is an engine, M is a multi-shaft multi-layer motor, G is a Ravigneaux type compound planetary gear train, D Denotes a drive output mechanism, 1 denotes a motor cover, 2 denotes a motor case, 3 denotes a gear housing, and 4 denotes a front cover.
[0012]
The engine E is a main power source of the hybrid drive unit. The
[0013]
The multi-shaft multi-layer motor M is a single motor in appearance, but is a sub power source having two motor generator functions. The multi-axis multi-layer motor M is fixed to the
[0014]
The Ravigneaux type compound planetary gear train G is a hybrid transmission having a continuously variable transmission function of changing the speed ratio steplessly by controlling two motor rotation speeds. The Ravigneaux type compound planetary gear train G includes a common carrier C that supports a first pinion P1 and a second pinion P2 that mesh with each other, a first sun gear S1 that meshes with the first pinion P1, and a second sun gear that meshes with the second pinion P2. S2, a first ring gear R1 that meshes with the first pinion P1, and a second ring gear R2 that meshes with the second pinion P2. A
[0015]
The drive output mechanism D includes an
[0016]
That is, the hybrid drive unit connects the second ring gear R2 and the
[0017]
[Configuration of hybrid transmission]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the hybrid transmission. In FIG. 2,
[0018]
The second ring gear R2 of the Ravigneaux type compound planetary gear train G is rotationally driven from the engine E when the multi-plate clutch 7 is engaged through the rotation fluctuation absorbing
[0019]
A first motor
[0020]
A
[0021]
A
[0022]
An
[0023]
The drive output mechanism D includes a
[0024]
An engagement pressure is supplied to a clutch piston 33 of the multi-plate clutch 7 by a clutch
[0025]
A
[0026]
[Configuration of multi-axis multi-layer motor]
FIG. 3 is a longitudinal side view showing a multi-axis multilayer motor M to which the magnetic circuit control device of the first embodiment is applied, and FIG. 4 shows a multi-axis multilayer motor M to which the magnetic circuit control device of the first embodiment is applied. FIG. 5 is a partial longitudinal front view, FIG. 5 is a view of the stator of the first embodiment viewed from the rear side, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a composite current applied to the stator coil of the multi-axis multilayer motor M. In FIG. 3,
[0027]
The inner rotor surface of the inner rotor IR is fixed to the stepped shaft end of the first motor
[0028]
The stator S includes a
[0029]
The
[0030]
The outer rotor surface of the outer rotor OR is fixed to the
[0031]
In FIG. 3,
[0032]
[Magnetic circuit controller]
FIG. 7 is a control system diagram showing the magnetic circuit control device of the first embodiment, and FIG. 8 is a diagram showing the flow of leakage magnetic flux depending on the positional relationship between the stator teeth and the sliding members of the magnetic circuit control device of the first embodiment. FIG. 9 is an enlarged view of a portion A of FIG. 9, FIG. 9 is a view showing a cable mechanism and an actuator for driving a sliding member of the magnetic circuit control device of the first embodiment, and FIG. 10 is a diagram showing a stator tooth and a slide of the magnetic circuit control device of the first embodiment. FIG. 11 is a diagram showing Example 1 of a moving member, and FIG. 11 is a diagram showing Example 2 of a stator tooth and a sliding member of the magnetic circuit control device of the first embodiment.
[0033]
An inner rotor IR and an outer rotor OR are concentrically arranged with the stator S interposed therebetween. The stator S is a
[0034]
The magnetic circuit control means is disposed at an outer rotor side gap between the
[0035]
The outer rotor
[0036]
The inner-rotor-
[0037]
The
That is, as shown in FIG. 8A, the amount of leakage magnetic flux is increased by increasing the amount of overlap between the sliding
[0038]
The outer rotor-
[0039]
As shown in FIGS. 10 and 11, the outer rotor
[0040]
The sliding
[0041]
Next, the operation will be described.
[0042]
[Basic function of multi-axis multi-layer motor]
By employing a multi-axis multilayer motor M in which two magnetic lines of force, the outer rotor magnetic field lines and the inner rotor magnetic field lines, are formed with two rotors and one stator, the
[0043]
Therefore, although it is a single multi-axis multilayer motor M in appearance, it can be used as a combination of different or similar functions of the motor function and the generator function. For example, it has a motor having a rotor and a stator, and a motor having a rotor and a stator. Compared to the case where two generators are provided, the size is significantly reduced, which is advantageous in terms of space, cost and weight, and the loss due to current (copper loss and switching loss) can be prevented by using a common coil. .
[0044]
In addition, the present invention has a high degree of freedom of selection such that not only the usage of (motor + generator) but also the usage of (motor + motor) and (generator + generator) can be performed only by the composite current control. When adopted as a drive source for a hybrid vehicle as in the embodiment, the most effective or efficient combination can be selected from these many options according to the vehicle state.
[0045]
[Magnetic circuit control action]
First, as shown in FIG. 12, the magnetic flux for driving the outer rotor OR is designed on the assumption that the magnetic flux passes through a gap (leakage magnetic path) between the
[0046]
Therefore, as shown in (1) to (4) in FIG. 13, the
[0047]
Therefore, the magnetic circuit is controlled by giving priority to the rotor with the larger torque and input / output. Even if the leakage flux of the other rotor increases and the efficiency decreases, the overall high-efficiency operation range is maintained. This will increase the motor characteristics.
[0048]
Further, as shown by (5) and (6) in FIG. 13, the
[0049]
Therefore, in the normal operation range, the leakage flux is reduced without giving priority to one of the inner rotor IR and the outer row OR, and the motor efficiency on the inner rotor IR side and the motor efficiency on the outer rotor OR side are designed. Secure the set value.
[0050]
In addition, in the motor idling region, without giving priority to one of the inner rotor IR and the outer row OR, each of them increases the leakage flux to increase the generator efficiency on the inner rotor IR side and the generator efficiency on the outer rotor OR side. .
[0051]
Next, effects will be described.
In the magnetic circuit control device of the multi-axis multilayer motor of the first embodiment, the following effects can be obtained.
[0052]
(1) An inner rotor IR and an outer rotor OR are arranged concentrically with a stator S interposed therebetween, and the stator S is a stator with a divided
[0053]
(2) The magnetic circuit control means is disposed at a gap between the
[0054]
(3) The
[0055]
(4) In the normal operation region of the motor, the
[0056]
(5) The outer rotor-side movable portion is an outer rotor-
[0057]
(6) The outer rotor
[0058]
(Second embodiment)
In the second embodiment, an outer rotor side rotating member and an inner rotor side rotating member are applied as the outer rotor side movable portion and the inner rotor side movable portion.
[0059]
FIG. 14 is a control system diagram showing the magnetic circuit control device of the second embodiment, and FIG. 15 is a diagram showing the flow of leakage magnetic flux due to the positional relationship between the stator teeth and the high magnetic permeability portion of the magnetic circuit control device of the second embodiment. 14 is an enlarged view of a portion B, FIG. 16 is a view showing a link mechanism and an actuator for driving a rotating member of the magnetic circuit control device of the second embodiment, and FIG. 17 is a circuit diagram of one turn of the magnetic circuit control device of the second embodiment. FIG. 18 is an explanatory diagram of the operation of the moving member, FIG. 18 is an explanatory diagram of the interlocking operation of the rotating member of the magnetic circuit controller of the second embodiment, and FIG. 19 is an example 1 of the rotating member of the magnetic circuit controller of the second embodiment. FIG. 20 is a diagram showing a second example of the rotating member of the magnetic circuit control device according to the second embodiment.
[0060]
As shown in FIG. 14, the magnetic circuit control means of the second embodiment is disposed at an outer rotor side gap between
[0061]
The outer rotor-
[0062]
The inner-rotor-
[0063]
The
That is, as shown in FIG. 15A, the positional relationship between the high
[0064]
The drive structure of the two
[0065]
As shown in FIG. 17, when the
[0066]
As shown in FIG. 18, the interlocking operation of the two
[0067]
As shown in FIGS. 19 and 20, the outer rotor-
[0068]
Regarding the operation, the state in which the positional relationship between the high
[0069]
Next, effects will be described.
The magnetic circuit controller for a multi-axis multilayer motor according to the second embodiment obtains the following effects in addition to the effects (1), (2), (3) and (4) of the first embodiment. Can be.
[0070]
(7) The outer rotor-side movable portion is disposed so as to be rotatable around the rotation axis in the outer rotor-side gap between the
[0071]
(8) The outer rotor-
[0072]
(Third embodiment)
The third embodiment is an example in which electromagnets (auxiliary magnetic poles) are arranged in gaps between adjacent stator teeth instead of the outer rotor side movable portion and the inner rotor side movable portion of the first and second embodiments.
[0073]
FIG. 21 is a diagram showing a magnetic circuit control device of the third embodiment, and FIG. 22 is a block diagram showing a magnetic circuit control system of the third embodiment.
[0074]
As shown in FIG. 21, the magnetic circuit control means of the third embodiment is disposed at a gap between the
[0075]
The two
[0076]
As shown in FIG. 22, when the inner torque is larger than the outer torque, the
[0077]
Here, the sign of + in FIG. 22 indicates that the magnetic flux flows from left to right on the outer
[0078]
Next, the operation will be described.
[0079]
[Magnetic circuit control action]
FIG. 23 is a flowchart showing the flow of the magnetic circuit control operation in the magnetic circuit control device of the third embodiment. Hereinafter, each step will be described.
[0080]
In
[0081]
When the outer torque and the inner torque are obtained in
[0082]
In the comparison of
[0083]
When the inner torque is smaller than the outer torque in the comparison of
[0084]
If the inner torque is equal to the outer torque in the comparison in
[0085]
FIG. 24 is an explanatory diagram showing the flow of magnetic flux by magnetic circuit control in the magnetic circuit control device of the third embodiment. If the inner torque is greater than the outer torque, the flow proceeds to step 23e →
[0086]
When the inner torque is smaller than the outer torque, the flow proceeds to step 23e →
[0087]
When the inner torque is equal to the outer torque, the flow proceeds to step 23e → step 23j →
[0088]
Next, effects will be described.
In the magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to the third embodiment, the following effect can be obtained in addition to the effect (1) of the first embodiment.
[0089]
(9) The magnetic circuit control means is disposed at a gap position between the
[0090]
(10) When the inner torque is larger than the outer torque, the magnetic circuit control means controls the flow of magnetic flux through the outer rotor-side auxiliary magnetic pole, and when the outer torque is larger than the inner torque, the magnetic circuit control means controls the inner rotor-side auxiliary magnetic pole. When the outer torque and the inner torque are the same, the control to stop the magnetic flux through both auxiliary magnetic poles is performed, so the change control of the magnetic circuit that gives priority to the rotor with the larger torque As a whole, the high-efficiency operation range can be expanded and the motor characteristics can be improved.
[0091]
(11) The outer rotor side auxiliary magnetic pole and the inner rotor side auxiliary magnetic pole are the outer
[0092]
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is basically the same as the third embodiment, except that an outer rotor-side
[0093]
That is, as shown in FIG. 25, the outer rotor-side permanent magnets 77 (outer rotor-side auxiliary magnetic poles) and the inner rotor-side permanent magnets 78 (inner rotor-side auxiliary magnetic poles) are arranged between the
[0094]
Next, effects will be described.
In the magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to the fourth embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (9) and (10) of the third embodiment.
[0095]
(12) Since the outer rotor side auxiliary magnetic pole and the inner rotor side auxiliary magnetic pole are the outer rotor side
[0096]
As described above, the magnetic circuit control device of the multi-axis multilayer motor according to the present invention has been described based on the first to fourth embodiments. However, the specific configuration is not limited to these embodiments. Changes and additions to the design are permitted without departing from the spirit of the invention according to each claim of the claims.
[0097]
For example, in the first embodiment, the example of the multi-axis multi-layer motor applied to the hybrid drive unit has been described. The magnetic circuit control device of the present invention can also be adopted.
[0098]
In the first to fourth embodiments, the example of the magnetic circuit control means for controlling the outer rotor-side gap and the inner rotor-side gap of the adjacent stator teeth according to the operating condition has been described. It is also possible to control only one of the outer rotor side gap and the inner rotor side gap. Further, as the magnetic circuit control means, any means other than the means shown in the first to fourth embodiments may be employed as long as the control is performed so as to change the flow of the magnetic flux of the divided stator teeth. Is also good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall view showing a hybrid drive unit to which a multi-axis multilayer motor having a magnetic circuit control device according to a first embodiment is applied.
FIG. 2 is a vertical sectional side view showing a hybrid transmission of a hybrid drive unit to which the multi-shaft multilayer motor of the first embodiment is applied.
FIG. 3 is a vertical sectional side view showing a multi-axis multilayer motor M to which the magnetic circuit control device of the first embodiment is applied.
FIG. 4 is a partially longitudinal front view showing a multi-axis multilayer motor M to which the magnetic circuit control device of the first embodiment is applied.
FIG. 5 is a view of a multi-axis multilayer motor M to which the magnetic circuit control device of the first embodiment is applied, viewed from the back side of a stator.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a composite current applied to a stator coil of a multi-axis multilayer motor.
FIG. 7 is a control system diagram showing the magnetic circuit control device of the first embodiment.
FIG. 8 is an enlarged view of a portion A in FIG. 7 showing a flow of a leakage magnetic flux depending on a positional relationship between a stator tooth and a sliding member of the magnetic circuit control device of the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a cable mechanism and an actuator for driving a sliding member of the magnetic circuit control device of the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a first example of a stator tooth and a sliding member of the magnetic circuit control device of the first embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a second example of the stator teeth and the sliding members of the magnetic circuit control device according to the first embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a magnetic flux for driving the outer rotor and a magnetic flux for driving the inner rotor in a design stage on the premise of a leakage magnetic path.
FIG. 13 is a diagram illustrating a movable part control law with respect to operating conditions in the magnetic circuit control device of the first embodiment.
FIG. 14 is a control system diagram showing a magnetic circuit control device according to a second embodiment.
FIG. 15 is an enlarged view of a portion B in FIG. 14 showing a flow of a leakage magnetic flux depending on a positional relationship between a stator tooth and a high magnetic permeability portion of the magnetic circuit control device of the second embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing a link mechanism and an actuator for driving a rotating member of the magnetic circuit control device according to the second embodiment.
FIG. 17 is a diagram illustrating the operation of one rotating member of the magnetic circuit control device according to the second embodiment.
FIG. 18 is an explanatory diagram of the interlocking operation of the rotating member of the magnetic circuit control device according to the second embodiment.
FIG. 19 is a diagram illustrating a first example of the rotating member of the magnetic circuit control device according to the second embodiment;
FIG. 20 is a diagram illustrating a second example of the rotating member of the magnetic circuit control device according to the second embodiment;
FIG. 21 is a diagram illustrating a magnetic circuit control device according to a third embodiment.
FIG. 22 is a block diagram illustrating a magnetic circuit control system according to a third embodiment.
FIG. 23 is a flowchart showing a flow of a magnetic circuit control operation in the magnetic circuit control device of the third embodiment.
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a flow of magnetic flux by magnetic circuit control in the magnetic circuit control device of the third embodiment.
FIG. 25 is a diagram illustrating a magnetic circuit control device according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
M multi-axis multi-layer motor
S stator
IR inner rotor
OR Outer rotor
41 Stator teeth
42 coils
17 Outer rotor side sliding member (outer rotor side movable part)
18 Inner rotor side sliding member (inner rotor side movable part)
19 Outer rotor side actuator
20 Inner rotor side actuator
21 Motor controller (magnetic circuit controller)
22 Hybrid controller
23 Sliding guide
24 Operation cable
25 Sliding contact
27 Outer rotor side rotating member (outer rotor side movable part)
27a void
27b High permeability part
27c Rotating contact part
28 Inner rotor side rotating member (inner rotor side movable part)
28a void
28b High permeability part
28c Rotating contact part
57 Outer rotor side electromagnet (outer rotor side auxiliary magnetic pole)
58 Inner rotor side electromagnet (Inner rotor side auxiliary magnetic pole)
77 Permanent magnet on outer rotor side (auxiliary magnetic pole on outer rotor side)
78 Permanent magnet on inner rotor side (auxiliary magnetic pole on inner rotor side)
Claims (12)
前記ステータは、積層鋼板により構成されたステータティースにコイルを巻き付けた分割されたコイル付きステータティースが、モータ回転軸を中心とする円周上に等ピッチで配列されている複軸多層モータにおいて、
前記分割されたコイル付きステータティースのうち、隣接するステータティースのアウターロータ側隙間とインナーロータ側隙間の少なくとも一方の隙間を、運転状況に応じて制御する磁気回路制御手段を設けたことを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。The inner rotor and the outer rotor are arranged concentrically across the stator,
The stator is a multi-axis multilayer motor in which split stator teeth with coils obtained by winding coils around stator teeth formed of laminated steel sheets are arranged at equal pitches on a circumference around the motor rotation axis.
A magnetic circuit control means for controlling at least one of the outer rotor-side gap and the inner rotor-side gap of the adjacent stator teeth among the divided stator teeth with coils is provided in accordance with an operating condition. Circuit controller for multi-axis multi-layer motor.
前記磁気回路制御手段は、
隣接するステータティースのアウターロータ側隙間位置に配置され、アウターロータ側アクチュエータにより駆動されるアウターロータ側可動部と、
隣接するステータティースのインナーロータ側隙間位置に配置され、インナーロータ側アクチュエータにより駆動されるインナーロータ側可動部と、
前記アウターロータ側可動部とインナーロータ側可動部のステータティースに対する漏れ磁束量の制御指令を前記アウターロータ側アクチュエータとインナーロータ側アクチュエータに出力する磁気回路制御部と、
を有することを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to claim 1,
The magnetic circuit control means,
An outer rotor-side movable portion that is arranged at an outer rotor-side gap position of an adjacent stator tooth and is driven by an outer rotor-side actuator;
An inner rotor-side movable portion that is arranged at an inner rotor-side gap position of an adjacent stator tooth and is driven by an inner rotor-side actuator;
A magnetic circuit control unit that outputs a control command of a leakage magnetic flux amount to a stator tooth of the outer rotor-side movable unit and the inner rotor-side movable unit to the outer rotor-side actuator and the inner rotor-side actuator,
A magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor, comprising:
前記磁気回路制御部は、インナーロータとアウターロータのうち、トルクまたは入出力の大きなロータに対応する可動部を漏れ磁束を止める側に制御し、トルクまたは入出力の小さいロータに対応する可動部を漏れ磁束を流す側に制御することを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to claim 2,
The magnetic circuit control unit, of the inner rotor and the outer rotor, controls the movable part corresponding to the rotor with large torque or input / output to the side where the leakage magnetic flux is stopped, and sets the movable part corresponding to the rotor with small torque or input / output. A magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor, wherein the magnetic circuit control device controls the leakage magnetic flux.
前記磁気回路制御部は、モータの通常運転域では、アウター側可動部とインナー側可動部とを漏れ磁束を止める側とし、モータ空転域では、アウター側可動部とインナー側可動部とを漏れ磁束を流す側とすることを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。A magnetic circuit controller for a multi-axis multilayer motor according to claim 2 or 3,
In the normal operation range of the motor, the magnetic circuit control section sets the outer side movable section and the inner side movable section to a side for stopping leakage magnetic flux, and in the motor idling area, the outer side movable section and the inner side movable section A magnetic circuit control device for a multi-axis multi-layer motor, characterized in that it is a flow side.
前記アウターロータ側可動部は、隣接するステータティースのアウターロータ側隙間に回転軸方向に摺動可能に配置され、高透磁材によるアウターロータ側摺動部材であり、
前記インナーロータ側可動部は、隣接するステータティースのインナーロータ側隙間に回転軸方向に摺動可能に配置され、高透磁材によるインナーロータ側摺動部材であることを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。A magnetic circuit controller for a multi-axis multilayer motor according to any one of claims 2 to 4,
The outer rotor-side movable portion is disposed so as to be slidable in the rotation axis direction in an outer rotor-side gap between adjacent stator teeth, and is an outer rotor-side sliding member made of a highly permeable material.
The multi-axial multilayer structure, wherein the inner rotor-side movable portion is an inner rotor-side sliding member made of a highly permeable material, which is slidably disposed in the inner rotor-side gap between adjacent stator teeth in the rotation axis direction. Motor magnetic circuit controller.
前記アウターロータ側摺動部材とインナーロータ側摺動部材は、ステータティースに対して溝嵌合構造にすると共に、ステータティースとの接触位置に摺動抵抗を低減する摺動接触部を介在させたことを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to claim 5,
The outer rotor side sliding member and the inner rotor side sliding member have a groove fitting structure with respect to the stator teeth, and a sliding contact portion for reducing sliding resistance is interposed at a contact position with the stator teeth. A magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor, characterized in that:
前記アウターロータ側可動部は、隣接するステータティースのアウターロータ側隙間に回転軸周りに回動可能に配置され、両側の空隙部により挟まれた高透磁率部を径方向に有するアウターロータ側回動部材であり、
前記インナーロータ側可動部は、隣接するステータティースのインナーロータ側隙間に回転軸周りに回動可能に配置され、両側の空隙部により挟まれた高透磁率部を径方向に有するインナーロータ側回動部材であることを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。A magnetic circuit controller for a multi-axis multilayer motor according to any one of claims 2 to 4,
The outer rotor-side movable portion is disposed rotatably around a rotation axis in an outer rotor-side gap of an adjacent stator tooth, and has an outer rotor side rotation portion having a high magnetic permeability portion sandwiched by gaps on both sides in a radial direction. Moving member,
The inner rotor-side movable portion is disposed rotatably around the rotation axis in an inner rotor-side gap of an adjacent stator tooth, and has a high magnetic permeability portion sandwiched by gaps on both sides in a radial direction. A magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor, being a moving member.
前記アウターロータ側回動部材とインナーロータ側回動部材は、両側の空隙部と高透磁率部とを凹凸嵌合構造にすると共に、ステータティースとの接触位置に回動抵抗を低減する回動接触部を介在させたことを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to claim 7,
The outer rotor-side rotating member and the inner rotor-side rotating member have a concave-convex fitting structure between the gaps on both sides and the high magnetic permeability portion, and reduce the rotational resistance at the contact position with the stator teeth. A magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor, characterized by interposing a contact portion.
前記磁気回路制御手段は、
隣接するステータティースのアウターロータ側隙間位置に配置され、ステータティースの内外周部付近に発生する漏れ磁束を誘導するアウターロータ側補助磁極と、
隣接するステータティースのインナーロータ側隙間位置に配置され、ステータティースの内外周部付近に発生する漏れ磁束を誘導するインナーロータ側補助磁極と、
前記アウターロータ側補助磁極とインナーロータ側補助磁極に対し磁束の流れを制御する磁気回路制御部と、
を有することを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to claim 1,
The magnetic circuit control means,
An outer rotor-side auxiliary magnetic pole that is disposed at an outer rotor-side gap position of an adjacent stator tooth and induces a leakage magnetic flux generated near the inner and outer peripheral portions of the stator tooth;
An inner rotor-side auxiliary magnetic pole that is disposed at an inner rotor-side gap position of an adjacent stator tooth and induces a leakage magnetic flux generated near the inner and outer peripheral portions of the stator tooth;
A magnetic circuit control unit that controls the flow of magnetic flux to the outer rotor-side auxiliary magnetic pole and the inner rotor-side auxiliary magnetic pole,
A magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor, comprising:
前記磁気回路制御部は、インナートルクがアウタートルクより大きいとき、アウターロータ側補助磁極を介して磁束を流す制御を行い、アウタートルクがインナートルクより大きいとき、インナーロータ側補助磁極を介して磁束を流す制御を行い、アウタートルクとインナートルクとが同じであるとき、両補助磁極を介しての磁束を止める制御を行うことを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to claim 9,
When the inner torque is larger than the outer torque, the magnetic circuit control unit controls the flow of the magnetic flux through the outer rotor-side auxiliary magnetic pole.When the outer torque is larger than the inner torque, the magnetic circuit controller controls the magnetic flux through the inner rotor-side auxiliary magnetic pole. A magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor, comprising: performing a flow control; and performing a control to stop a magnetic flux via both auxiliary magnetic poles when an outer torque and an inner torque are the same.
前記アウターロータ側補助磁極とインナーロータ側補助磁極は、積層鋼板にロータ接線方向を軸としてバイパスコイルを巻いた電磁石であることを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to claim 9 or 10,
The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor, wherein the outer rotor-side auxiliary magnetic pole and the inner rotor-side auxiliary magnetic pole are electromagnets each formed by winding a bypass coil around a laminated steel plate around a rotor tangential direction.
前記アウターロータ側補助磁極とインナーロータ側補助磁極は、回動可能に設けられた永久磁石であることを特徴とする複軸多層モータの磁気回路制御装置。The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor according to claim 9 or 10,
The magnetic circuit control device for a multi-axis multilayer motor, wherein the outer rotor side auxiliary magnetic pole and the inner rotor side auxiliary magnetic pole are rotatable permanent magnets.
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